Środowisko pracy MES
Wprowadzenie
Środowisko pracy MES zapewnia nowoczesną analizę metodą elementów skończonych (FEA) dla FreeCAD. Głównie oznacza to, że wszystkie narzędzia do wykonania analizy są połączone w jeden graficzny interfejs użytkownika (GUI).
Przepływ pracy
Kroki przeprowadzania analizy metodą elementów skończonych:
- Preprocessing: ustawienie zagadnienia analizy.
- Modelowanie geometrii: tworzenie geometrii za pomocą programu FreeCAD lub importowanie jej z innej aplikacji.
- Tworzenie analizy.
- Dodawanie do modelu geometrycznego uwarunkowań symulacyjnych, takich jak obciążenia i podpory stałe.
- Dodawanie materiałów do części poza modelem geometrycznym.
- Tworzenie siatki elementów skończonych dla modelu geometrycznego lub importowanie jej z innej aplikacji.
- Rozwiązywanie: uruchamianie zewnętrznego solwera z poziomu FreeCAD.
- Postprocessing: wizualizacja wyników analizy z poziomu FreeCAD lub eksportowanie wyników, aby można je było przetworzyć w innej aplikacji.
Środowisko pracy MES może być używane w systemach Linux, Windows i Mac OSX. Ponieważ korzysta z zewnętrznych solverów, zakres ręcznej konfiguracji zależy od systemu operacyjnego, z którego korzystasz. Instrukcje dotyczące konfiguracji zewnętrznych narzędzi znajdują się na stronie Instalacja środowiska MES.
Przepływ pracy w środowisku MES. Środowisko to wywołuje dwa zewnętrzne środowiska w celu wykonania siatkowania obiektu bryłowego oraz rozwiązania problemu metodą elementów skończonych.
Menu: Model
- Analiza MES: Tworzy nowy kontener dla analizy mechanicznej. Jeśli przed kliknięciem w oknie Widoku drzewa zostanie wybrana bryła, to następnie zostanie otwarte okno dialogowe generatora siatek.
Materiał
- Materiał dla bryły: Pozwala wybrać materiał dla bryły z bazy danych.
- Materiał dla płynu: Umożliwia wybór materiału dla płynu z bazy danych.
- Nieliniowy materiał mechaniczny: Umożliwia dodanie nieliniowego modelu materiału mechanicznego.
- Materiał zbrojony (beton): Pozwala wybrać z bazy danych materiały zbrojone składające się z osnowy i zbrojenia.
- Edytor materiału: Pozwala otworzyć edytor materiałów, aby edytować materiały.
Geometria elementu
- Przekrój poprzeczny belki: Służy do definiowania przekrojów poprzecznych dla elementów belkowych.
- Obrót belki: Służy do obracania przekrojów poprzecznych elementów belkowych.
- Grubość powłoki: Służy do określenia grubości powłoki elementu.
- Przekrój dla przepływu 1D: Służy do tworzenia elementu przekroju cieczy dla instalacji pneumatycznych i hydraulicznych.
Electromagnetic boundary conditions
- Warunek brzegowy potencjału elektrostatycznego: Służy do definiowania potencjału elektrostatycznego.
- Warunek brzegowy gęstości prądu: Służy do określenia gęstości prądu. dostępne w wersji 0.21
- Warunek brzegowy magnetyzacji: Służy do określenia magnetyzacji. dostępne w wersji 0.21
Warunki brzegowe płynu
- Warunek początkowy prędkości przepływu: Służy do określenia początkowej prędkości przepływu dla ciała (objętości).
- Warunek początkowy ciśnienia: Służy do określenia ciśnienia początkowego dla danego ciała (objętości). dostępne w wersji 0.21
- Warunek brzegowy prędkości przepływu: Służy do określenia prędkości przepływu jako warunku brzegowego na krawędzi (2D) lub ścianie (3D).
Funkcje analizy geometrycznej
- Wiązanie MPC typu płaszczyzna: Służy do definiowania wiązania utrzymującego węzły na płaskiej powierzchni w tej samej płaszczyźnie.
- Funkcja zapisu wyników z przekroju: Służy do drukowania predefiniowanych zmiennych wyjściowych ścian (sił i momentów) do pliku danych.
- Lokalny układ współrzędnych: Służy do zdefiniowania wiązania przekształcenia na ścianie.
Mechaniczne warunki brzegowe i obciążenia
- Warunek brzegowy utwierdzenia: Służy do definiowania stałego wiązania punktu / krawędzi / powierzchni.
- Warunek brzegowy przemieszczenia: Służy do definiowania przemieszczeń punktów / krawędzi / powierzchni.
- Kontakt: Służy do definiowania kontaktu między 2 powierzchniami.
- Tie constraint: Used to define a tie constraint ("bonded contact") between two faces.
- Spring: Used to define a spring. introduced in version 0.20
- Force load: Used to define a force in [N] applied uniformly to a selectable face in a definable direction.
- Pressure load: Used to define a pressure constraint.
- Centrifugal load: Used to define a centrifugal body load constraint. introduced in version 0.20
- Gravity load: Used to define a gravity acceleration acting on a model.
Termiczne warunki brzegowe i obciążenia
- Initial temperature: Used to define the initial temperature of a body.
- Heat flux load: Used to define a heat flux constraint on a face(s).
- Temperature boundary condition: Used to define a temperature constraint on a point/edge/face(s).
- Body heat source: Used to define an internally generated body heat.
Nadpisywanie wiązań
- Constant vacuum permittivity: Used to overwrite the permittivity of vacuum with a custom value.
Menu: Siatka
- FEM mesh from shape by Netgen: Generates a finite element mesh for a model using Netgen.
- FEM mesh from shape by Gmsh: Generates a finite element mesh for a model using Gmsh.
- FEM mesh boundary layer: Creates anisotropic meshes for accurate calculations near boundaries.
- FEM mesh region: Creates a localized area(s) to mesh which highly optimizes analysis time.
- FEM mesh group: Groups and labels elements of a mesh (vertex, edge, surface) together, useful for exporting the mesh to external solvers.
- Nodes set: Creates/defines a node set from FEM mesh.
- FEM mesh to mesh: Convert the surface of a FEM mesh to a mesh.
Menu: Rozwiąż
- Solver CalculiX Standard: Creates a new solver for this analysis.
- Solver Elmer: Creates the solver controller for Elmer.
- Solver Mystran: Creates the solver controller for the MYSTRAN solver. introduced in version 0.20
- Solver Z88: Creates the solver controller for Z88.
Mechanical equations
- Elasticity equation: Equation for the Solver Elmer to perform linear mechanical analyses.
- Deformation equation: Equation for the Solver Elmer to perform nonlinear mechanical analyses (deformations). introduced in version 0.21
Electromagnetic equations
- Electrostatic equation: Equation for the Solver Elmer to perform electrostatic analyses.
- Electricforce equation: Equation for the Solver Elmer to calculate the electric force on surfaces.
- Magnetodynamic equation: Equation for the Solver Elmer to calculate magnetodynamics. introduced in version 0.21
- Magnetodynamic 2D equation: Equation for the Solver Elmer to calculate magnetodynamics in 2D. introduced in version 0.21
- Flow equation: Equation for the Solver Elmer to perform flow analyses.
- Flux equation: Equation for the Solver Elmer to perform flux analyses.
- Heat equation: Equation for the Solver Elmer to perform heat transfer analyses.
- Solver job control: Opens the menu to adjust and start the selected solver.
- Run solver calculations: Runs the selected solver of the active analysis.
Menu: Wyniki
- Usuń wyniki: Kasuje wyniki aktywnej analizy.
- Pokaż wynik: Służy do wyświetlania wyniku analizy. To okno dialogowe nie jest dostępne dla Solvera Elmer, ponieważ ten solver wizualizuje tylko przy użyciu obiektu Prezentacja graficzna wyników.
- Zastosuj zmiany: Przełącza, czy zmiany w potokach i filtrach są stosowane natychmiast.
- Prezentacja graficzna wyników: Służy do dodania nowej graficznej reprezentacji wyników analizy MES (skala kolorów i więcej opcji wyświetlania).
- Filtr wizualizacji deformacji: Służy do wizualizacji skalowanego zdeformowanego kształtu modelu.
- Scalar clip filter: Used to clip a field with a specified scalar value.
- Function cut filter: Used to display the results on a sphere or a plane cutting through the model.
- Region clip filter: Used to clip a field with a sphere or a plane cutting through the model.
- Contours filter: Used to display iso-lines (for analyses in 2D) or iso-contours. introduced in version 0.21
- Line clip filter: Used to plot the values of a field along a specified line.
- Stress linearization plot: Creates a stress linearization plot.
- Data at point clip filter: Used to display value of a selected field at a given point.
Filter functions
- Plane: Cuts the result mesh with a plane.
- Sphere: Cuts the result mesh with a sphere.
- Cylinder: Cuts the result mesh with a cylinder. introduced in version 0.21
- Box: Cuts the result mesh with a box. introduced in version 0.21
Menu: Narzędzia
- Płaszczyzna cięcia na ścianie: Dodaje płaszczyznę przycinania dla całego widoku modelu.
- Usuń wszystkie płaszczyzny cięcia: Usuwa wszystkie istniejące płaszczyzny cięcia.
- Otwórz przykłady: Otwórz GUI, aby uzyskać dostęp do przykładów MES.
Menu podręczne
- Wyczyść dane siatki MES: Usuwa plik siatki z pliku FreeCAD. Przydatne, aby uczynić plik FreeCAD lżejszym.
- Wyświetl informacje o siatce MES: Wyświetla podstawowe statystyki istniejącej siatki - ilość węzłów i elementów każdego typu.
Obsolete tools
- Fluid boundary condition: Used to define a fluid boundary condition. Did not have a solver. Not available in version 0.22 and above.
- Constraint bearing: Used to define a bearing constraint. Did not have a solver. Not available in version 0.22 and above.
- Constraint gear: Used to define a gear constraint. Did not have a solver. Not available in version 0.22 and above.
- Constraint pulley: Used to define a pulley constraint. Did not have a solver. Not available in version 0.22 and above.
- Solver CalculiX (new framework): Same as the original framework Solver CalculiX Standard with extra checks. Tool was unfinished. Not available in version 0.22 and above.
Ustawienia
- Preferencje ...: Ustawienia dostępne dla narzędzi środowiska MES w menu Edycja.
Informacje dodatkowe
Na kolejnych stronach znajdują się objaśnienia poszczególnych tematów związanych z środowiskiem pracy MES.
Instalacja środowiska MES: szczegółowy opis jak skonfigurować zewnętrzne programy używane w środowisku pracy.
MES: Siatka: dalsze informacje na temat uzyskiwania siatki do analizy metodą elementów skończonych.
MES: Solver: dalsze informacje na temat różnych solverów dostępnych w środowisku pracy oraz tych, które mogą być używane w przyszłości.
MES: CalculiX: dalsze informacje na temat CalculiX, domyślnego solvera używanego w środowisku pracy do analizy strukturalnej.
MES: Beton: ciekawe informacje na temat symulacji konstrukcji betonowych.
Poradniki
Poradnik 1: MES CalculiX wspornik 3D, podstawowa analiza belki swobodnie podpartej.
Poradnik 2: Poradnik dla środowiska pracy MES, prosta analiza naprężenia konstrukcji.
Poradnik 3: Skrypty w środowisku MES, skonfiguruj przykład wspornika całkowicie poprzez skrypty w środowisku Python, w tym siatkę.
Poradnik 4: Ścinanie bloku kompozytowego, obserwuj deformację bloku, który składa się z dwóch materiałów.
Poradnik 5: Analiza MES w stanie przejściowym.
Poradnik 6: Post-Processing wyników MES za pomocą Paraview.
Poradnik 7: Przykład pojemność dwóch kul, Elmer's GUI poradnik 6 "Elektrostatyka Pojemność Dwóch Kul" z wykorzystaniem przykładów FEM.
Sprzężona analiza termiczno-mechaniczna poradnik openSIM.
Wideo poradnik 1: FEM wideo dla początkujących (w tym link do YouTube).
Wideo poradnik 2: FEM wideo dla początkujących (w tym link do YouTube).
Wiele poradników w formie wideo: anisim Open Source Engineering Software, (w języku niemieckim).
Rozszerzenie środowiska pracy MES
Środowisko pracy MES jest w ciągłym rozwoju. Celem projektu jest znalezienie sposobu na łatwą interakcję z różnymi solverami MES, tak aby użytkownik końcowy mógł usprawnić proces tworzenia, siatkowania, symulacji i optymalizacji problemu projektowego, wszystko w ramach programu FreeCAD.
Poniższe informacje są skierowane do użytkowników i programistów, którzy chcą rozszerzyć środowisko MES na różne sposoby. Oczekiwana jest znajomość C++ i Pythona, a także pewna znajomość systemu "document object" używanego w FreeCAD. Informacje te są dostępne na stronach Centrum Power użytkowników i Centrum programisty. Proszę zauważyć, że ponieważ FreeCAD jest w trakcie aktywnego rozwoju, niektóre artykuły mogą być zbyt stare, a więc przestarzałe. Najbardziej aktualne informacje są omawiane na forum FreeCAD, w sekcji Development. W przypadku dyskusji na temat MES, porad lub pomocy w rozszerzeniu środowiska pracy, czytelnik powinien odnieść się do forum FEM.
Poniższe artykuły wyjaśniają, jak można rozszerzyć środowisko pracy, np. poprzez dodanie nowych typów warunków brzegowych (wiązań), czy równań.
- Rozszerzenie modułu FEM
- Wprowadzenie do MES dla programistów próbuje zorientować nowych twórców, w jaki sposób mogą przyczynić się do rozwoju środowiska pracy MES.
- Dodawanie wiązań w środowisku MES
- Dodawanie równań w środowisku MES
Przewodnik programisty został napisany, aby pomóc użytkownikom w zrozumieniu złożonej bazy kodowej FreeCAD i interakcji między podstawowymi elementami i poszczególnymi środowiskami pracy. Książka jest umieszczona w serwisie Github, więc wielu użytkowników może ją współtworzyć i aktualizować.
- Wczesny podgląd ebooka: Przewodnik programisty modułów po źródłach FreeCAD wątek na forum.
- FreeCAD Mod Dev Guide repozytorium Github.
Rozszerzenie dokumentacji środowiska pracy MES
- Więcej informacji dotyczących rozszerzenia lub braku dokumentacji dla MES można znaleźć na forum, w temacie: Brak dokumentacji MES na Wiki
- Materiał: Bryła, Ciecz, Nieliniowy materiał mechaniczny, Materiał zbrojony (beton), Edytor materiału
- Geometria elementu: Geometria elementu, Obrót w okół osi, Geometria elementu 2D, Element przepływu
Wiązania
- Elektromagnetyczne: Potencjał elektryczny, Gęstość prądu, Magnetyzacja
- Geometryczne: Obrót w płaszczyźnie, Zapis wyników z przekroju, Zdefiniuj odkształcenie
- Mechaniczne: Zdefiniuj przytwierdzenie, Zdefiniuj przemieszczenie, Zdefiniuj kontakt, Zdefiniuj powiązanie, Wiązanie sprężyny, Zdefiniuj siłę, Zdefiniuj obciążenie ciśnieniem, Zdefiniuj siłę odśrodkową, Zdefiniuj obciążenie ciężarem własnym
- Termiczne: Warunek początkowy temperatury, Zdefiniuj strumień ciepła, Zdefiniuj temperaturę, Zdefiniuj objętościowe źródło ciepła
- Zmieniające wiązania: Zdefiniuj przenikalność elektryczną próżni
- Siatki: Siatka Netgen, Siatka GMSH, Warstwa graniczna siatki, Obszar siatki, Grupa siatki, Utwórz zestaw węzłów, Siatka MES na obiekt środowiska Siatka
- Solver: Narzędzia CalculiX, Elmer, Mystran, Z88; Równania: Elastyczności, Elektrostatyczne, Siły elektrostatycznej, Magnetodynamiczne, RMagnetodynamiczne 2D, Przepływu, Strumienia, Ciepła; Solver: Kontrola pracy solvera, Uruchom solver
- Wyniki: Oczyszczanie z wyników, Prezentacja wyników; Postprocessing: Zastosuj zmiany, Prezentacja graficzna, Filtr rozpraszający, Skalarny filtr obcinający, Filtr odcięcia funkcji, Filtr odcięcia obszaru, Filtr konturów, Filtr danych wzdłuż linii, Wykres liniowości naprężeń, Filtr obcinania danych w punkcie, Utwórz funkcję, Filtr funkcji płaszczyzny, Filtr funkcji sfery, Filtr funkcji walca, Filtr funkcji prostopadłościanu
- Dodatkowe: Konfiguracja, Instalacja środowiska MES, Siatka, FEM Solver, CalculiX, Beton, Rodzaje elementów
- Jak zacząć
- Instalacja: Pobieranie programu, Windows, Linux, Mac, Dodatkowych komponentów, Docker, AppImage, Ubuntu Snap
- Podstawy: Informacje na temat FreeCAD, Interfejs użytkownika, Profil nawigacji myszką, Metody wyboru, Nazwa obiektu, Edytor ustawień, Środowiska pracy, Struktura dokumentu, Właściwości, Pomóż w rozwoju FreeCAD, Dotacje
- Pomoc: Poradniki, Wideo poradniki
- Środowiska pracy: Strona Startowa, Złożenie, BIM, CAM, Rysunek Roboczy, MES, Inspekcja, Siatka, OpenSCAD, Część, Projekt Części, Punkty, Inżynieria Wsteczna, Robot, Szkicownik, Arkusz Kalkulacyjny, Powierzchnia 3D, Rysunek Techniczny, Test Framework